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【史上最全】常用USB转串口芯片特性比较

2024-09-13 17:01
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学电子设计少不了使用串口通信,但是现在的笔记本电脑基本上不带串口了,好在现在有USB转串口可以使用。市场上常见的USB转串口芯片主要有4个系列:CP2102、CH340、FT232、PL2303。


本文主要介绍常见的这几种USB转串口的功能、特性,并对其输出波形进行了测试和对比。

(有些特性是特殊应用下的需求,自己摸索测试出来的,网上也找不到,标题党一把,史上最全,O(∩_∩)O哈哈~)


1)主要功能对比

首先,一张表比较它们的各种特性:

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由上述表格可以看出,它们的区别还是有一些的。不过一般情况下都够用,比如5、6位数据发送,一般是很少用到的;高于1M的波特率对设计和应用场合要求比较高,容易出现误码,也用的很少;去除这些不太常用的特性,它们功能基本是一样的。


2)串口波形测试

我们来测试一下它们的串口输出波形。

这里使用的芯片具体型号是:CP2102、CH340E、FT232RL、PL2303HX。其中CP2102、PL2303是3.3v供电,CH340E、FT232RL是5V供电。


a)先设置为115200波特率、偶校验、1停止位,发送数据为连续的0x55,测试各芯片波形如下,基本一致:

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b)设置为115200波特率、偶校验、2停止位,发送数据仍为连续的0x55,测试各芯片波形如下,也是基本一致的:

可以看到,2停止位时,和上一组图片相比,在两个字节之间,上一个字节的停止位到下一个字节的起始位间的宽度变宽了,变成了2个bit宽度。

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c)设置为921600波特率、偶校验、1停止位,发送数据仍为连续的0x55,测试各芯片波形如下,可以看到各芯片的波形有明显不同,主要是上一个字节的停止位到下一个字节的起始位的间隔:

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仔细观察可以发现:FT232芯片的输出波形是最标准的,前一个字节的停止位到下一个字节的起始位间隔是一个bit的宽度;其他芯片的字节间隔都比一个bit宽度要宽一些,CP2102大于2个bit的宽度,CH340E等于2bit宽度,PL2303在1bit~2bit宽度之间。

所以,只有FT232芯片的字符是严格连续发送的。


d)设置为921600波特率、偶校验、2停止位,发送数据仍为连续的0x55,测试各芯片波形如下:

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对比上一组1停止位的波形,可以发现,2停止位的波形:CP2102、PL2303芯片的字符间隔还是偏大,大于2个bit宽度;而CH340E、FT232芯片的波形是标准的,间隔刚好2bit宽度。


综合上述现象可以看出,在波特率较低时(115200),各芯片都能输出较为校准的波形;在波特率较高时(921600),FT232芯片发送的字符是严格连续的,其他芯片字符间都有不同程度的延时。


3)收数测试

CP2102、PL2303、CH340E这三种芯片在发送时字符间有延时,那么接收时会不会也有延时要求,导致丢数呢?

经过测试,使用FT232作为发送端,其他几款芯片作为接收端,传输中没有出现丢失数据的情况。所以,即使发送端的数据字符间是连续无间隔的,这几款芯片的收数功能也是完全正常的,不会有丢数问题发生。


4)总结

a)这几种USB转串口的芯片,FT232系列的芯片稳定性是最好的;如果工作在高波特率,而且要求字符间没有间隔,那么需选用FT232芯片;很多知名厂家的工业测试设备都使用的它作为串口实现;价格较贵;

b)PL2303是台湾厂家的产品,稳定性较差,有出现过某些计算机高波特率使用时会蓝屏的情况,而且这个芯片市场上仿造、假冒的也比较多,做产品不建议使用;

c)一般的应用,如果价格敏感,可以选用CH340系列或CP2102系列,在业内的口碑都是很不错的;

d)这里特别提一下国产芯片CH340,价格和稳定性上都做的不错,有多种封装可选,国内踏踏实实做产品的典范,它家的其他类型的接口转换芯片也做得很不错。

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